[发明专利]一种无刷双馈电机控制装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，特别涉及一种无刷双馈电机控制装置及其控制方法。

背景技术

无刷双馈电机是近些年来发展起来的一种新型电机，是由Hunt发明的级联式电机发展而来，其结构上具有一定的特殊性，在定子侧具有两套绕组，并且取消了电刷和滑环，增加了电机运行的可靠性，并且降低了电机的维护成本。同时变频电源只需为控制绕组供电，降低了控制器的成本，由于其结构特点，其在风力发电和风力发电、变落差水力发电、潮汐发电等可再生能源具有广泛的应用。

无刷双馈电机有两套定子绕组和一套转子构成，两套定子绕组分别为功率绕组和控制绕组，其中用来承担主要功率传输的具有2Pp极的定子绕组称为主绕组或者功率绕组，而用来控制电机运行方式的具有2Pq极的定子绕组称为副绕组或控制绕组，功率绕组由电网供电，控制绕组由变频电源供电，与一般的交流感应电机相比无刷双馈电机具有调速性能优越，尤其是当其处于变速恒频发电时，其优越性更是能体现出来。

由于无刷双馈电机是由两台不同极数感应电机串级联接转化而来的，其功率流动关系可以参考感应电机进行分析，但是由于无刷双馈电机有两套定子绕组，因此当其处于稳定运行状态时，在转子中由两套定子绕组所建立的磁场会产生耦合作用，因此相比于普通的交流感应电机又具有其本身的复杂性。因此对于无刷双馈电机的功率控制有一定的困难性。

现有无刷双馈电机是通过控制定子绕组端的电压幅值来调节功率因数，造成无刷双馈电机处于发电状态时，电网传输电能的质量不高。

现有的无刷双馈电机功率控制系统中，大多采用PID控制对于闭环控制的差值进行调节，得到所需要的参数，具有算法简单，可靠性高，容易实现等优点，传统PID控制算法在寻求三个变量Kp、Ki和Kd的最优值的时候，大多采用经验法，试凑法来调整PID控制器的控制参数，这种传统的方法在线性系统中控制效果比较明显，但是与普通类型的交流感应电机相比无刷刷馈电机的电路存在着结构复杂，谐波含量大，控制方程式复杂，控制方法复杂，电机的参数变化对电机的控制影响较大等诸多不利的因素，因此没有达到很理想的效果。

发明内容

针对现有装置和方法存在的不足，本发明提出一种无刷双馈电机控制装置，包括主电路、驱动电路、控制电路和检测电路，其中，控制电路包括DSP控制器和可编程逻辑控制器件CPLD，检测电路包括整流端电压和电流检测电路、交流端电压和电流检测电路，所述的主电路包括整流电路和逆变电路，所述的整流电路和逆变电路都采用二极管钳位式三电平结构，包括三个桥臂，每个桥臂由4个IGBT串联组成，第一IGBT的发射极连接第二IGBT的集电极，第二IGBT的发射极连接第三IGBT的集电极，第三IGBT的发射极连接第四IGBT的集电极，第二IGBT上并联第一二极管，第三IGBT上并联第二二极管，第一二极管的负极连接第二IGBT的发射极，第一二极管的正极连接第二二极管的负极，第二二极管的正极连接第三IGBT的发射极，三个桥臂的结构相同且彼此并联；

每个桥臂包括三种开关状态：

同时导通第一IGBT和第二IGBT，关断第三IGBT和第四IGBT，逆变电路输出端获得正电平；

同时第二IGBT和第三IGBT，关断第一IGBT和第四IGBT时，逆变电路输出端获得电压为零；

同时导通第三IGBT和第四IGBT，关断第一IGBT和第二IGBT时，逆变电路输出端获得负电平；

通过对四个开关器件的控制，令三个桥臂分别取上述三种开关状态中的一种，在逆变电路输出端合成三电平波形；

本发明一种无刷双馈电机实时功率控制方法，包括以下步骤：

步骤1：通过检测电路进行电机侧参数数据采集，采集功率绕组端相电压U_A，U_B和U_C，采集功率绕组端相电流I_A，I_B和I_C，经过d-q坐标变换，将功率绕组三相电压变化为d-q坐标系下的功率绕组d轴分量U_dp和功率绕组q轴分量U_qp，将功率绕组三相电流变化为d-q坐标系下功率绕组相电流d轴分量i_dq和功率绕组q轴分量i_pq；

步骤2：计算有功功率实测值P和无功功率实测值Q，公式如下：